美国商务部向 IBM 量子代工厂 Anderon 拨款最高 10 亿美元

美国商务部已最终确定，根据《芯片与科学法案》向Anderon提供最高10亿美元的研发拨款。Anderon是IBM今年早些时候成立的一家量子代工厂。9月16日的公告支持为IBM及其他量子硬件开发商提供制造服务。

IBM将以10亿美元现金匹配这笔拨款，并提供知识产权、资产和技术工人。Anderon总部位于纽约州奥尔巴尼，建立在奥尔巴尼纳米技术中心现有运营基础之上，IBM在那里生产量子晶圆已有五年多，首席执行官Mukesh Khare表示。这一现有基础设施帮助Anderon起步：其首批晶圆已在一条生产级300毫米生产线上流转。

Khare表示，量子计算“正从科学走向真正的商业影响。这意味着行业还需要一个更稳定的量子芯片制造来源。”

如果Anderon取得成功，它可能为量子硬件做出台积电为传统芯片所做的事：让公司专注于设计芯片，而不必各自为底层硬件建造耗资数十亿美元的工厂。

自动化量子晶圆厂能提供什么

IBM表示，从2021年开始，将其大部分量子晶圆研发从纽约州约克敦海茨IBM研究总部的200毫米制造实验室转移到奥尔巴尼的300毫米生产线，使芯片开发速度翻倍，芯片的物理复杂度提高了十倍。全天候处理缩短了制造周期，先进制造技术实现了更精细的布线和量子比特连接。Anderon依托奥尔巴尼纳米技术中心的制造能力以及IBM自2016年以来部署90多个量子系统的经验。现在的挑战是将这些能力扩展到外部设计者。Anderon的潜在客户包括没有晶圆厂的处理器开发商、系统集成商和国家实验室。即使拥有自己手工芯片制造设施的公司也可能有兴趣将制造外包给自动化代工厂。例如，另一家《芯片法案》研发拨款获得者Rigetti Computing正在与Anderon洽谈，据首席执行官Subodh Kulkarni称。

Rigetti目前在其位于加州弗里蒙特的手工晶圆厂中，在150毫米晶圆上制造处理器。Kulkarni估计其良率接近50%，他说在规格频繁变化时，这对研发来说“足够好”。但Anderon承诺提供更可靠的自动化芯片生产，像Rigetti这样的公司可以借助它推进自身的芯片开发。“我们认为这非常有吸引力，”Kulkarni说，“不是因为产能，而是因为能力。”

与传统硅代工厂一样，Anderon计划提供工艺设计套件（PDK），规定设计者使用其制造工艺时必须遵循的规则。“他们设计，我们制造，”Khare说。他表示，还将提供定制化服务，代工厂将保护客户的知识产权并保持中立运营，包括对IBM的竞争对手。

要让该模型奏效，需要可预测的制造工艺。对于超导量子比特来说，一个关键组件是约瑟夫森结，它由两个超导体中间夹着一层薄绝缘势垒构成。结面积和势垒厚度的变化会改变临界电流和量子比特频率，可能造成不想要的频率重叠并降低芯片良率。

Anderon的自动化产线可以通过可重复的图形化、沉积和氧化工艺帮助控制偏差，并借助在线测试来识别工艺漂移。但Kulkarni表示，客户需要自行测量量子比特性能的实际提升。

Anderon最新一代300mm量子晶圆。Anderon

大部分制造设备与硅芯片所用设备重叠，尽管超导电路需要专门的材料和工艺步骤。Anderon宣传其超导量子比特阵列、微波组件和硅通孔连接。但要将制造能力扩展到其他量子技术，比如离子阱或光子量子比特，则需要额外的工艺开发，而Anderon尚未公开披露这些细节。

Semiconductor spin qubits can already be fabricated on conventional chip production lines, says Lieven Vandersypen of Delft University of Technology in the Netherlands, while superconducting qubits require specialized steps that may require new development.

Vandersypen认为，一个专门的量子设施可以分摊成本，并支持开发针对量子器件优化的工艺。“理解如何实现这一转变既及时又重要，”他说。

仅凭制造能力并不能让Anderon成为量子计算领域的台积电。它还需要IBM之外的持续需求。设计方也有其他选择。Vandersypen指出，QuantWare投资了自己的晶圆级设施，比利时的imec则提供原型量子芯片，而非追求大批量制造。“哪种模式会胜出，时间会给出答案。也许两者会共存，”他说。

美国商务部正在支持多种方案，以增强美国在全球量子市场中的竞争力。虽然Anderon获得的拨款是迄今为止最大的，但商务部已为GlobalFoundries敲定最高3.75亿美元，并分别为Rigetti、D-Wave、Quantinuum和PsiQuantum各敲定最高1亿美元。这些拨款支持多种量子架构的制造，并解决包括读出电子设备、低温恒温器、超导材料、光学组件和光子封装在内的瓶颈。共享晶圆制造只是更大工程努力中的一环。

Khare表示，他可以在年底前向外部客户交付晶圆。对于Rigetti等潜在客户来说，考验将是这些芯片能以多高的可靠性满足日益严苛的设计要求。正如Kulkarni所说：“如果我们收紧规格，良率会是多少？”